一种配体、金属有机框架材料及其应用和超级电容器制造技术

一种配体、金属有机框架材料及其应用和超级电容器，涉及电极材料技术领域，解决了现有超级电容器能量密度较低的问题。本发明专利技术提供一种制备金属有机框架材料用配体，还提供一种应用该配体制备而成的金属有机框架材料，金属有机框架材料的化学式为[Ti4(L)3]，其中L为C

【技术实现步骤摘要】
一种配体、金属有机框架材料及其应用和超级电容器


[0001]本专利技术涉及电极材料
，具体涉及一种配体、金属有机框架材料及其应用和超级电容器。

技术介绍

[0002]近年来，随着工业进程的迅猛发展，能源的需求与日俱增，随之衍生的能源短缺与环境污染日益严重。因此，大力发展清洁能源迫在眉睫，例如太阳能、风能以及潮汐能等。但是由于上述的清洁能源易受到地域以及季节变化的影响，严重阻碍了清洁能源的大规模使用。因此，超级电容器作为一种可以快速存储和释放能量的储能器件，因其具有超高的功率密度、快速充放电、对工作温度范围要求低等优点而受到广泛关注。
[0003]目前，使用最为广泛的超级电容器的电极材料为金属氧化物，但是这种电极材料仍面临着导电性较差和稳定性差的问题，导致超级电容器的能量密度较低，大大地限制了超级电容器广泛的应用，因此研发高能量密度的超级电容器电极材料成为该领域的重要研究内容。
[0004]金属有机框架材料（Metal Organic Frameworks，MOFs）是一种以金属离子或有机配体为连接点的框架材料，其超大的比表面积和易于调节的孔隙环境，有利于电化学氧化还原反应的进行，使MOFs材料在超级电容器电极材料方面的使用有着优异的发展前景。

技术实现思路

[0005]为了解决现有超级电容器能量密度较低的问题，本专利技术提出了一种配体、金属有机框架材料及其应用和超级电容器。
[0006]本专利技术的技术方案如下：一种制备金属有机框架材料用配体，其结构式如下：
。<br/>[0007]一种金属有机框架材料，应用如上所述的制备金属有机框架材料用配体制备而成，所述金属有机框架材料的化学式为[Ti4(L)3]，其中L为C
20
H
18
N4O6。
[0008]一种上述金属有机框架材料的应用，用于超级电容器的电极材料。
[0009]一种超级电容器，包括正极材料、负极材料、介于所述正极材料与所述负极材料间的隔膜以及电解液，所述正极材料中包含如上金属有机框架材料。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的具体有益效果为：本专利技术解决了现有超级电容器能量密度较低的问题，提供了一种有机配体，应用于金属有机框架材料的合成；以合成的金属有机框架材料作为超级电容器的电极材料，能够提供多金属反应位点，有利于电子传递，提高导电性，使得该超级电容器具有优异的能量密度和高比电容。
附图说明
[0011]图1为本专利技术所示制备金属有机框架材料用配体的合成路线图；图2为实施例中所述中间体1的1H
‑
NMR谱图；图3为实施例中所述中间体1的
13
C
‑
NMR谱图；图4为实施例中所述中间体1的质谱图；图5为实施例中所述配体的1H
‑
NMR谱图；图6为实施例中所述配体的
13
C
‑
NMR谱图；图7为实施例中所述配体的质谱图；图8为所述工作电极的恒流充放电测试结果示意图；
图9为所述超级电容器的恒流充放电测试结果示意图；图10为所述超级电容器的循环稳定性测试结果示意图。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术的技术方案更加清楚，下面将结合本专利技术的说明书附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本专利技术的技术方案，而不应理解为对本专利技术的限制。
[0013]本实施例所述制备金属有机框架材料用配体的合成路线如图1所示。其中3
‑
羟基
‑4‑
甲氧羰基苯基硼酸频哪醇酯（原料1、CAS：1073371
‑
99
‑
9）、3,6
‑
二溴
‑
1,2,4,5
‑
苯四胺（原料2、CAS：1443122
‑
18
‑
6）均从市面直接采购获得。
[0014]下面描述本专利技术所述的金属有机框架材料的制备过程和表征结果：第一步、中间体1的合成：将3
‑
羟基
‑4‑
甲氧羰基苯基硼酸频哪醇酯（5.73g，20.6mmol）和3,6
‑
二溴
‑
1,2,4,5
‑
苯四胺(2.53g，8.55mmol）溶解在100mL二氧六环/水混合物（体积比为2:1）中。在氮气保护的条件下，向混合物中加入氟化铯（7.8g，51.34mmol）和DPPF二氯化钯（0.63g，0.855mmol），在100℃下加热反应14h，反应结束后，将反应混合体系冷却至25℃，然后用二氯甲烷和水萃取，分离有机相，再将水相用二氯甲烷萃取两次，合并有机相，然后将有机相用硫酸镁进行干燥、过滤和蒸发得到粗产物，最后将粗产物用正己烷：二氯甲烷（1：10）作为洗脱剂进行硅胶柱层析纯化，得到固体1.79g，即为中间体1，收率为48 %。
[0015]对获得的中间体1分别做核磁共振氢谱分析、碳谱分析、质谱分析和元素分析测试。
[0016]核磁共振氢谱图见图 2 所示，结果如下：1H NMR (400 MHz, CDCl3):δ8.02 (d, 2 H), 7.50 (d,2 H), 7.19 (m,2 H), 4.98 (d, 4 H), 4.24 (d, 4 H), 3.90 (s, 6 H).碳谱图见图3，结果如下：
13
C NMR (100 MHz, CDCl3):δ170.13, 161.59, 135.93, 135.31, 131.38, 126.12, 120.57, 115.54, 112.70, 51.95.质谱图见图4所示，结果如下：ESI(m/z): [M+H]+
Calcd. for C
22
H
22
N4O6, 438.44; Found, 439.07.元素分析测试结果：Calcd. for C
22
H
22
N4O6, C, 60.27, H, 5.06, N, 12.78, O, 21.89; Found, C, 59.34, H, 4.21, N, 13.03, O, 22.37.根据以上分析数据可以证明，得到的中间体1结构式为：
。
[0017]第二步、配体的合成：将中间体1（2.19g，5.0mmol）溶解在10mL的0.2mol/L四氢呋喃中，并向其中加入6mol/L氢氧化钠溶液10mL，在50℃下搅拌反应24h，然后冷却至25℃。旋转蒸发去除溶剂，再将得到的白色固体溶解在50mL水中，并用10mL的6mol/L盐酸进行酸化，得到灰色沉淀物，过滤后用水洗涤，然后在45℃真空干燥10h，得到1.54g灰色固体，即为制备金属有机框架材料用配体，收率为75 %。
[0018]对获得的配体分别做核磁共振氢谱分析、碳谱分析、质谱分析和元素分析测试。
[0019]氢谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备金属有机框架材料用配体，其特征在于，其结构式如下：。2.一种金属有机框架材料，其特征在于，应用如权利要求1所述的制备金属有机框架材料用配体制备而成，所述金属有机框架材料的化学式为[Ti4(L)3]，其中L为C
20
H
18

【专利技术属性】
技术研发人员：赵礼义，李衍初，许名飞，
申请(专利权)人：吉林省卓材新研科技有限公司，
类型：发明
国别省市：